一种锅炉水位的控制方法及其控制系统技术方案

一种锅炉水位的控制方法及其控制系统，基于三冲量串级控制原理，控制给水调节阀阀位；其控制系统还可以通过判断来自汽包水位上、下限位值分别与水位跟踪值相比较的信号直接控制给水调节阀的全关和全开。以上述方法工作的锅炉水位控制系统，由汽包水位、蒸汽流量、给水流量三冲量变送器、控制器、上位机、手操器和给水电动调节阀组成，所述控制器通过内置运算模块、选择模块和比较模块来计算水位上限值和下限值、设定极限阀位、判断水位超限状态。系统响应速度快，自动化水平高，降低劳动强度，保障锅炉安全运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锅炉水位的控制方法及其控制系统，属于自动控制领域， 适用于工业锅炉和小型电站锅炉的水位控制。
技术介绍
工业锅炉和小型电站的锅炉在当今社会的生产和生活中发挥着巨大的作 用，各行各业应用不计其数，因此锅炉使用安全问题受到人们的普遍关注。在 生产过程中，如果对锅炉运行操作不合理，管理不善，处理不当，往往会引起 事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水 位控制在锅炉设备控制系统中是至关重要的。汽包水位系统是一个具有较大的 扰动和非线性特征的滞后系统，而现代工业锅炉都向着大容量高参数的方向发 展， 一般锅炉容量越大，汽包的容水量就相对越小，允许波动的蓄水量就更少。 这样对汽包水位要求就更高了。而在常规的三冲量控制串级系统中，由于"虚 假液位"的原因使得蒸汽负荷上升和下降时的动态特性曲线不对称，且系统参 数具有时变性，不能求出准确的数学模型，几乎找不到能适应上述各种扰动的 控制参数，从而其控制效果往往难以满足要求，具体表现在水位很容易超调， 系统经常报警，司炉工常常要手动参与，有时甚至还要停水泵等，造成系统不 稳定甚至失控。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种抗扰动能力强、响应速度快、自动化程度高的控制方 法和系统。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是 一种锅炉水位控制方法，基于由 汽包水位、蒸汽流量、给水流量组成的三冲量串级控制原理，控制给水调节阀 阀位；该方法通过设置汽包水位上、下限位值，并分别与水位实时测量值相比 较，强制控制给水调节阀的全关和全开，其控制步骤是(a) 设定汽包水位值PS;(b) 对汽包水位设定上限值ZSP1和下限值ZSP2，所述上限值ZSP1和下 限值ZSP2分别为水位设定值PS的(1+30%)倍和(1—30%)倍，艮口ZSP1=1.3PS，ZSP2=0.7PS;(C)读取汽包水位实时测量值PV;(d) 读取手操器状态；(e) 当硬手操器选择手动时，系统的输出值直接跟踪电动调节阀的阀位；(f) 当硬手操器选择自动时，若软手操器选择手动模式，系统可以直接控 制电动调节阀的关和开；(g) 当硬手操器选择自动时，若软手操器选择自动模式，则取汽包水位实 时测量值PV与上述上限值ZSP1和下限值ZSP2进行比较；(h) 当测量值介于上限值和下限值之间时，系统计算水位偏差值，读取蒸 汽流量实时测量值和给水流量实时测量值，执行三冲量串级控制；(i)当跟踪值大于上限值时，系统直接关闭给水调节阀；(j)当跟踪值小于下限值时，系统直接全部开启给水调节阀。一种采用上述方法工作的锅炉水位控制系统，它由汽包水位、蒸汽流量、 给水流量三冲量变送器、控制器、上位机、手操器和给水电动调节阀组成，上 位机与控制器通过通信接口桥接，控制器的输入端分别与三冲量变送器、手操 器状态反馈信号和给水电动调节阀阀位反馈信号相连，控制器的输出端与手操 器相连，手操器再与给水电动调节阀相连，控制器通过判断手操器自动/手动状 态和上位机给定自动/手动状态，指挥系统执行跟踪操作器信号或者跟踪阀位信 号，完成三冲量串级控制，其中(a) 控制器内置的运算模块读取PID控制模块的汽包水位设定值PS，输出 汽包水位上限值ZSP1和下限值ZSP2;(b) 在控制器阀位信号选择模块的输入端再前置接入一个选择模块，该模 块的两个待选输入端分别设置为0和100;(C)在控制器强制跟踪信号选择模块的硬手操器待选输入端前置接入一个 多选择模块，该模块的三个待选输入端分别与硬手操器状态反馈信号、汽包水 位上限值比较模块的输出端和汽包水位下限值比较模块的输出端相连；所述汽 包水位上限值比较模块的两个待比较输入端分别与水位上限值ZSP1信号和汽包水位实时测量值PV信号相连；所述汽包水位下限值比较模块的两个待比较输入端分别与水位下限值ZSP2信号和汽包水位实时测量值PV信号相连。本专利技术锅炉水位的控制方法及其控制系统具有以下优点①系统响应速度 快，抗扰动能力强，控制精度高，能够适应工业锅炉的控制要求；②自动化率 达到98%，提高了工业锅炉的自动控制水平，减少人工控制的随意性和误差率，消除了事故隐患，大大减轻了司炉工的工作量，同时也确保了锅炉的安全正常运行；③极大的减少了控制系统的维护工作量及设备备品、备件的更换量，更 换周期延长，节约了资金和人员投入，经济效益可观。附图说明图1是本专利技术锅炉水位的控制方法的流程图2是本专利技术锅炉水位控制系统的控制原理框图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示本专利技术锅炉水位控制方法，基于由汽包水位、蒸汽流量、给水 流量组成的三冲量串级控制原理，控制给水调节阀阀位调节水位；同时控制系 统还接收来自汽包水位上、下限位值分别与水位跟踪值相比较的信号直接控制 给水调节阀的全关和全开，其控制步骤是(a) 为控制系统设定汽包水位值PS，作为系统控制基准；(b) 以PS为基准，设定汽包水位上限值ZSP1和汽包水位下限值ZSP2， 其上、下限值之间设置幅度可根据具体工况调整，通常为士30。/。PS的幅度，即ZSP1=1.3PS，ZSP2=0.7PS;(C)读取汽包水位实时测量值PV; (d)读取手操器状态；(e) 当硬手操器选择手动时，具有最高优先权，此时控制系统的输出值直 接跟踪电动调节阀的阀位；(f) 当硬手操器选择自动时，若软手操器选择手动模式，系统可以直接控 制电动调节阀的关和开；(g) 当硬手操器选择自动时，若软手操器选择自动模式，则取汽包水位实 时测量值PV与上述上限值ZSP1和下限值ZSP2进行比较；(h) 当测量值介于上限值和下限值之间时，系统计算水位偏差值，读取蒸 汽流量实时测量值和给水流量实时测量值，执行三冲量串级控制；(i) 当跟踪值大于上限值时，系统直接关闭给水调节阀；(j)当跟踪值小于下限值时，系统直接全部开启给水调节阀。 本专利技术锅炉水位控制系统如图2所示，它由汽包水位、蒸汽流量、给水流 量三冲量变送器、控制器DCS、上位机、手操器和给水电动调节阔组成。控制器DCS包括两个PID控制模块PID102和PID105、 MUL乘法模块、 手动/自动切换模块、阀位SW信号选择模块、强制跟踪信号OR比较模块、高/ 低水位比较模块HMON和LMON、输入/输出模块AI和DI/AO。上位机与控制器DCS通过通信接口桥接。控制器的输入端分别与三冲量变送器、手操器状态反馈信号和给水电动调 节阀阀位反馈信号相连，其中汽包水位信号由变送器送入DCS的AI输入模 块2， AI输出至PID控制模块1输入端(主信号)；蒸汽流量信号由变送器送入 DCS的AI输入模块1, AI输出至PID控制模块1的FFV端(前馈信号)；给水 流量信号变送器送入DCS的AI输入模块3， AI输出至PID控制模块2端(付信号)；给水调节阀阀位反馈信号送入DCS的AI输入模块4，用作阀位跟踪等 使用；手操器的手动/自动状态信号(干触点)送入DCS的DI输入模块1 。控制器的输出端通过手操器与给水电动调节阀相连，控制调节阀的阀位开 启度(0 100%)来调控汽包水位。系统工作时，上位机给定汽包水位设定值户S、上下限值系数、软手操器手 动/自动状态，DCS中MUL乘法模块计算输出汽包水位上限值ZSP/和汽包水位 下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉水位控制方法，基于由汽包水位、蒸汽流量、给水流量组成的三冲量串级控制原理，控制给水调节阀阀位；其特征在于：该方法通过设置汽包水位上、下限位值，并分别与水位实时测量值相比较，强制控制给水调节阀的全关和全开，其控制步骤是：（ａ） 设定汽包水位值ＰＳ；（ｂ）对汽包水位设定上限值ＺＳＰ１和下限值ＺＳＰ２；（ｃ）读取汽包水位实时测量值ＰＶ；（ｄ）读取手操器状态；（ｅ）当硬手操器选择手动时，系统的输出值直接跟踪电动调节阀的阀位；（ｆ） 当硬手操器选择自动时，若软手操器选择手动模式，系统可以直接控制电动调节阀的关和开；（ｇ）当硬手操器选择自动时，若软手操器选择自动模式，则取汽包水位实时测量值ＰＶ与上述上限值ＺＳＰ１和下限值ＺＳＰ２进行比较；（ｈ）当测量值介于 上限值和下限值之间时，系统计算水位偏差值，读取蒸汽流量实时测量值和给水流量实时测量值，系统执行三冲量串级控制；（ｉ）当跟踪值大于上限值时，系统直接关闭给水调节阀；（ｊ）当跟踪值小于下限值时，系统直接全部开启给水调节阀。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈锦超，
申请(专利权)人：上海红箭自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]